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一、模擬量采集模塊
模擬量主要是皮帶秤的稱重信號(hào)和速度信號(hào),該模塊包括傳感器及信號(hào)調(diào)理部分和模數(shù)轉(zhuǎn)換部分。
1傳感器
皮帶稱重裝置使用的傳感器主要是稱重傳感器和速度傳感器。其中稱重傳感器是皮帶秤對(duì)于物料重量進(jìn)行非電量到電量轉(zhuǎn)換的核心元件,它的性能指標(biāo)在很大程度上決定了電子皮帶秤的精度和穩(wěn)定性。速度傳感器用于檢測(cè)皮帶的運(yùn)行速度,而重量信號(hào)和速度信號(hào)的積算反映了皮帶秤的稱量值,因此,速度傳感器的選擇和使用也直接影響了皮帶秤的準(zhǔn)確度。
(1)稱重傳感器
稱重傳感器是將皮帶秤稱重的力信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的核心部件,稱重傳感器按變換原理分類,主要有:電阻應(yīng)變片式、電容式、壓磁式、壓電式等。目前在使用的皮帶秤中,絕大多數(shù)釆用了電阻應(yīng)變片式稱重傳感器。
電阻應(yīng)變片式傳感器一般由受壓彈性元件和應(yīng)變彈性元件組成。整個(gè)傳感器的工作過(guò)程是被測(cè)壓力通過(guò)受壓彈性元件轉(zhuǎn)換成集中力作用于應(yīng)變彈性元件,應(yīng)變彈性元件變形帶動(dòng)粘貼的應(yīng)變片隨之變形產(chǎn)生電阻差動(dòng)變化,然后通過(guò)全橋接線輸出。因?yàn)閴毫Φ拇笮∨c應(yīng)變成正比,應(yīng)變大小與電阻的變化成正比,電阻的變化率與輸出電壓變化率成正比,所以,被測(cè)量與輸出量之間呈線性關(guān)系。同時(shí),由于釆用了應(yīng)變片差動(dòng)布線和全橋布線,電阻應(yīng)變片式傳感器具有良好的抗載荷或側(cè)向力引起的干擾能力。
(2)速度傳感器
速度傳感器也是電子皮帶秤稱重裝置中的一個(gè)重要設(shè)備。皮帶秤稱重裝置主要需要檢測(cè)兩個(gè)物理量,一個(gè)由稱重傳感器測(cè)量質(zhì)量信號(hào),另一個(gè)即速度傳感器檢測(cè)皮帶的速度,將所得的兩個(gè)信號(hào)量轉(zhuǎn)換后進(jìn)行運(yùn)算,可以求得皮帶秤的流量和物料重量。因此,速度檢測(cè)的準(zhǔn)確程度,也直接影響到皮帶秤的精度。
速度傳感器主要分為數(shù)字式和模擬式兩類,當(dāng)前國(guó)內(nèi)外使用數(shù)字式的速度傳感器較為普遍。數(shù)字式速度傳感器按照獲取速度信號(hào)的方式可以分為接觸式和非接觸式;從測(cè)量原理上有可以分為測(cè)脈沖頻率式(測(cè)頻式)和測(cè)脈沖周期式(測(cè)寬式);從信號(hào)轉(zhuǎn)換方式上可以分為磁電式和光電式。合理的選擇稱重傳感器和速度傳感器對(duì)于電子皮帶秤的測(cè)量精度非常重要。
2AD轉(zhuǎn)換電路
AD轉(zhuǎn)換器的優(yōu)勢(shì)在于它把大部分的轉(zhuǎn)換過(guò)程轉(zhuǎn)移到數(shù)字域,并且把高性能模擬與數(shù)字處理融合在儀器。模擬元件釆用單個(gè)比較器、積分器和1位DAC。由于1位DAC只有兩個(gè)輸出,因此它在整個(gè)電壓范圍內(nèi)均是線性化的。這種高水平的線性化是AD轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)高精度化的原因之一,最終的絕對(duì)精度主要取決于基準(zhǔn)電壓的精度。
ADS1232是一個(gè)精密的24位AD轉(zhuǎn)換器,它內(nèi)部帶有低噪聲的可編程精密放大器,精密的Delta-SigmaAD轉(zhuǎn)換器和內(nèi)置的振蕩器。ADS1232為橋路傳感器的應(yīng)用及報(bào)告稱重儀器提供一個(gè)完全的前端解決方案,它具有非常低的噪聲,采樣速率為10Hz及80Hz,對(duì)于50Hz與60Hz具有大于lOOdB的抑制能力。對(duì)于稱重儀器的應(yīng)用,ADS1232是最容易使用的。
在稱重儀器中,大量釆用比例測(cè)量方法,在這里橋路的接地電壓同時(shí)為AD轉(zhuǎn)換器的參考電壓,因?yàn)闃蚵返妮敵稣扔跇蚵返慕拥仉妷海鳤D轉(zhuǎn)換器的結(jié)果也正比于參考電壓,因此釆用比例方法測(cè)量時(shí),AD轉(zhuǎn)換器的輸出結(jié)果只與橋路阻抗的變化有關(guān),因此可以大大地提高測(cè)量精度。
二、通信模塊
1RS232通信
RS-232C標(biāo)準(zhǔn)是美國(guó)等公司一起開發(fā)的,1969年公布的通信協(xié)議。它適合于數(shù)據(jù)傳輸速率在0?20000bps范圍內(nèi)的通信。這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)串行通信接口的有關(guān)問(wèn)題,如信號(hào)線功能、電器特性都作了明確規(guī)定。由于通行設(shè)備廠商都生產(chǎn)與RS-232C制式兼容的通信設(shè)備,因此,它作為一種標(biāo)準(zhǔn),目前已在微機(jī)通信接口中廣泛釆用。
2以太網(wǎng)通信
隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展,信息交換技術(shù)覆蓋了各行各業(yè)。在自動(dòng)化領(lǐng)域,越來(lái)越多的企業(yè)需要建立包含從工廠現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層到控制層、管理層等各個(gè)層次的綜合自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)管控平臺(tái),建立以工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為基礎(chǔ)的企業(yè)信息化系統(tǒng)。工業(yè)以太網(wǎng)提供了針對(duì)制造業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊蕴W(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)。該技術(shù)基于工業(yè)標(biāo)準(zhǔn),利用了交換以太網(wǎng)結(jié)構(gòu),有很高的網(wǎng)絡(luò)安全性、可操作性和實(shí)效性,最大限度地滿足了用戶和生產(chǎn)廠商的需求。工業(yè)以太網(wǎng)以其特有的低成本、高實(shí)效、高擴(kuò)展性及高智能的魅力,吸引著越來(lái)越多的制造業(yè)廠商。
所謂工業(yè)以太網(wǎng),一般來(lái)講是指技術(shù)上與商用以太網(wǎng)(即IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn))兼容,但在產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí),在材質(zhì)的選用、產(chǎn)品的強(qiáng)度、適用性以及實(shí)時(shí)性、可互操作性、可靠性、抗干擾性和本質(zhì)安全等方面能滿足工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的需要。
以太網(wǎng)進(jìn)入工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的直接原因是,現(xiàn)場(chǎng)總線多種標(biāo)準(zhǔn)并存,異種網(wǎng)絡(luò)通信困難。在這樣的技術(shù)背景下,以太網(wǎng)逐步應(yīng)用于工業(yè)控制領(lǐng)域,并且快速發(fā)展。工業(yè)以太網(wǎng)的發(fā)展得益于以太網(wǎng)多方面的技術(shù)進(jìn)步。首先是通信速率的提高,其次由于釆用星形網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和交換技術(shù),使以太網(wǎng)交換機(jī)的各端口之間數(shù)據(jù)幀的輸入和輸出不再受CSMA/CD機(jī)制的制約,避免了沖突;再加上全雙工通信方式使端口間兩對(duì)雙絞線(或光纖)上分別同時(shí)接收和發(fā)送數(shù)據(jù),而不發(fā)生沖突。
以太網(wǎng)Ethernet指的是由某公司創(chuàng)建并聯(lián)合開發(fā)的基帶局域網(wǎng)規(guī)范,是當(dāng)今現(xiàn)有局域網(wǎng)采用的最通用的通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。以太網(wǎng)絡(luò)使用CSMA/CD(載波監(jiān)聽多路訪問(wèn)及沖突檢測(cè)技術(shù))技術(shù),并以10M/s的速率運(yùn)行在多種類型的電纜上。
三、模擬量輸出模塊
在嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)的研制中,模擬量輸出接口的設(shè)計(jì)往往是不可缺少的一個(gè)環(huán)節(jié)。在對(duì)外部設(shè)備驅(qū)動(dòng)時(shí),某些設(shè)備(如變頻調(diào)速器等)只能采用模擬量驅(qū)動(dòng);在主從式測(cè)控系統(tǒng)中,利用主機(jī)輸出模擬信號(hào)控制從機(jī)的設(shè)定值也是一種常用的手段;另外,在有些測(cè)量?jī)x表中,為將現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量的參量傳送出去,也常釆用模擬信號(hào)傳送的方法。
4?20mA電流環(huán)模擬信號(hào)傳輸方式雖然逐漸被現(xiàn)場(chǎng)總線等數(shù)字化傳輸方式所取代,但是因?yàn)槠浣涌谳^為簡(jiǎn)單,且具有統(tǒng)一的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn),所以仍然有一定的市場(chǎng)。
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